船用新型MVAUV压载水处理系统的诊断、模拟与优化

本课题拟采用分子生物学、数学等方法，利用课题组开发的船舶压载水处理装置- - 船用新型MVAUV装置，对压载水中原生动物、藻类和细菌等生物种群进行分子诊断和去除机制的深入研究，找到影响因子定向组合与所去除生物种群数量水平和结构水平的"映射"关系。同时，利用神经网络等仿真技术，进行微型生物群落稳定去除的生化反应及流体流态等环境要素的仿真模拟研究，并进行过滤、消毒组件的污染特征解析和催化材料性能评价，提出工艺系统的优化控制参数与调控对策。课题旨在提高MVAUV中混合污染物去除的稳定性、可靠性，探讨多种方法协同去除生物机制和影响因子调控、使"灰箱透明化"的方法。最终，能够建立大大降低运行成本和提高处理效果的新型船用新型MVAUV工艺系统，为船舶压载水处理能力和水平的提高提供理论的指导和新的思路。

针对船舶压载水处理过程的内在机制不清，模拟仿真困难等机理问题，本项目深入研究了船用新型MVAUV压载水处理系统中微型生物群落的分子诊断和去除机制，实现了系统中微型生物群落稳定去除的环境要素仿真与模拟优化。取得主要成果如下：.利用现代分子生态学技术（荧光原位杂交）进行了船舶压载水中微型生物群落的分子诊断，对压载水所处水域中各类微型生物群落结构特征进行了原位分析、种群鉴定与表征。对人工配制压载水进水及膜丝冲洗物中微生物的种群数量与空间分布进行检测，发现当进水浓缩100 倍、浓缩10 倍及正常进水条件下，微生物数目繁多，并且呈均匀分布的规律，而对较低浓度的压载水进水微生物（稀释1000 倍）检测效果较差。研究发现显色培养基培养技术具有较高的灵敏度和特异性，可以作为荧光原位杂交技术的有效补充。.解析了不同盐度时基于酶调控体系的压载水中微型生物群落去除机制。当处理含盐压载水时，硝酸还原酶、多酚氧化酶、脲酶、转化酶的活性起初均较高；当盐度增至35 g/L 时，四种酶活均大幅下降；研究表明压载水中盐度对各种微生物酶均有强抑制作用。.利用BP 神经网络、CFD计算流体力学、Tracepro光强模拟等方法对MVAUV系统进行了状态诊断与流场仿真。BP 神经网络结果表明对总菌和大肠杆菌，可控因子的相对重要性均依次为紫外线强度>流量>臭氧量。流场模拟发现文丘里管突变的收缩-扩张截面比流线型过渡空化效果更好。对立式反应器在不同紫外灯管布置情况下进行内部流态和光强分布研究，表明立式反应器在水流主体方向上流态为推流，在径向方向上完全混合，紫外灯管横置时光强分布最均匀。.通过探究高梯磁过滤器中膜组件对污染物的截留及堵塞过程，确定了MVAUV系统过滤、消毒去除微型生物群落时的污染机理。结果表明，高梯磁分离装置中混合磁介质的处理效果更佳。电镜扫描发现底部膜丝的附着物明显多于顶部。在催化剂方面利用水热法合成了新型TiO2催化剂，电镜扫描观察到新型TiO2催化剂呈现出均匀细丝状，具有高纯度，高结晶质量，高比表面积与较优微观机构，合成的CuO/Al2O3催化剂与原有TiO2催化剂相比具有更好杀菌效果。.综上，本研究在船舶压载水微型生物群落的分子诊断、去除机制，以及系统环境要素仿真和模拟优化等方面取得了显著成果，为船舶压载水处理效能的进一步提高提供了坚实的理论指导。